JP2008223339A - 中空杭の杭頭部強化方法及び杭頭部強化用補強材 - Google Patents

中空杭の杭頭部強化方法及び杭頭部強化用補強材 Download PDF

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Abstract

【課題】比較的簡単な構成により,低コストで中空杭の杭頭部を強化することができる中空杭の杭頭部強化方法を提供する。
【解決手段】補強対象とする鋼管製の中空杭30と同径の鋼管10内に,鉄筋を籠状に組んで形成した主筋20の上端21側を固着し,主筋の下端22側を前記鋼管10の下端12開口部より突出させた補強材1を準備し,掘削孔内に建て込んだ中空杭30の中空空間32内に前記補強材1の前記主筋20を下端側より挿入すると共に前記鋼管10を前記中空杭30の杭頭32上に載置して,前記主筋20を前記中空杭30の杭頭31から強化すべき深さ迄の前記中空空間32内に懸吊し,生コンクリート等の硬化剤を前記中空杭30と前記鋼管内に充填して硬化させる。
【選択図】図1

Description

本発明は,中空杭の杭頭部強化方法及び杭頭部強化用補強材に関し,より詳細には,鋼管製の既製杭の中空空間内に補強材を挿入して強化する中空杭の杭頭部強化方法及び前記方法に使用する補強材に関する。
家屋,集合住宅,その他の構造物の基礎工法において,支持層の深さにまで達する基礎杭を設け,この基礎杭の杭頭上に構造物の基礎を形成する杭基礎工法が,例えば軟弱地盤,液状化地盤等に構造物を構築する際に広く用いられている。
このような杭基礎における基礎杭の施工方法の一例として,中空の既製杭を使用した埋込み杭工法では,アースオーガ等の掘削機で形成した掘削孔内に,根固め液,周辺固定液としてセメントミルクを注入した後に,鋼管やコンクリート製の中空杭を建て込み,又は掘削孔内に中空杭を建て込んだ後,杭の中空孔を介してセメントミルクを根固め液として注入することにより,支持層に対する根固め,拡大球根の造成,周辺地盤と中空杭との一体化が行われている。
そして,このようにして製造された基礎杭上には,前述したように構造物の基礎部分が形成されると共に,この基礎部分が杭頭部に接合されて一体化が図られている。
このような杭基礎の構造において,基礎杭の頭部とその上に形成される構造物の基礎部分とは,前述したように一体に接合されていることから,例えば地震等による揺れが生じたときに,基礎杭の杭頭及び杭全体が,当該基礎杭が埋設された地中地盤と上部構造物を支える基礎部分と一体の動きをするため,上部構造物から伝達される水平力や回転力によって杭頭付近に大きな曲げモーメントや剪断力等が集中する。
特に,軟弱地盤や液状化地盤では,地震等が生じると地盤変位がより大きなものとなるために杭頭部付近に発生する剪断力や曲げモーメントはさらに大きいものとなる。
このように,上部構造物と基礎杭を含む地中地盤とが同期して一体の動きをすることにより生じる杭頭部の曲げモーメントや剪断力に抗するために,使用する既製杭として大径のものを使用したり,または,設置する杭の本数を増やしたりすることも考えられるが,この方法では,杭基礎の施工コストが高くなる。
なお,杭頭部を強化する方法としては,杭全体を大径とするのではなく,杭頭部から所定の深さまでを他の部分に比較して大径に形成して水平抵抗を満足させたものや(特許文献1参照),杭頭部から所定の深さに至る杭の外周に鋼管を巻き付けて補強することが提案されている(特許文献2参照)。
この発明の先行技術文献情報としては次のものがある。
特開2004−132047号公報(0006欄,図1) 特開平 10−131176号公報(0002欄,図8)
前述のように,基礎杭の杭頭部分を他の部分に比較して大径に形成することにより,又は,杭頭部分を鋼管等で補強することにより,使用する杭全体を大径とする場合や,使用する杭の本数を増加する場合に比較して,杭基礎の施工コストを低減させることができる。
しかし,基礎杭の杭頭部分を他の部分に比較して大径に形成するために,特許文献1に記載の発明では,杭頭位置付近に大径部を有する杭穴を掘削し,掘削孔に中空杭を建て込んだ後,前記杭穴の大径部に充填固化材を充填するという作業を必要とし,通常の埋込み杭工法に比較して作業工数の増加と,使用材料の増加を伴う。
杭頭部に鋼管等を巻き付けて補強する特許文献2に記載の工法にあっても同様で,杭頭部に鋼管を巻き付けるために杭頭部の外周を掘り下げ,鋼管を巻き付けた後に再度埋め戻す作業が必要である等,作業工数の増加と,鋼管等の使用材料の増加を伴う。
そのため,杭基礎を施工するために必要な工期が長期化すると共に,施工コストが嵩むものとなる。
なお,中空杭の強化方法としては,中空杭の中空空間内に,例えば異形筋を溶着する等して,中空杭と略同一長さの円筒籠状に組み立てた主筋を挿入し,該主筋と共に中空空間内に充填されている生コンクリート等の硬化剤を硬化させることで,前記主筋と中空杭とを一体的に固めて強化することも考えられる。
しかし,基礎杭のうち最も強化が必要な部分は,前述したように上部構造物との連結が行われる杭頭乃至はこの杭頭に対して所定の範囲内にある杭頭部分であり,必ずしも前記方法のように基礎杭の全長に亘って強化する必要はない。
また,前述のように基礎杭の全長に亘って強化する場合には,主筋として強化する中空杭と略同一長さを有するものを準備する必要があると共に,生コンクリート等の硬化剤についても中空杭の中空空間全体を埋め得る量を充填する必要があり,コストがかかる。
そこで本発明は,上記従来の欠点を解消するためになされたものであり,比較的簡単な構成により,しかも低コストで中空杭の杭頭部を強化することのできる中空杭の杭頭部強化方法及び前記方法に使用する補強材を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために,本発明の中空杭の杭頭部強化方法は,補強対象とする鋼管製の中空杭30と同径の鋼管10内に,鉄筋を籠状に組んで形成した主筋20の上端側を固着し,前記主筋20の下端側を前記鋼管10の下端12における開口部より突出させた補強材1を準備し,
掘削孔内に建て込んだ中空杭30の中空空間32内に前記補強材1の前記主筋20を下端側より挿入すると共に前記鋼管10を前記中空杭30の杭頭31上に載置して,前記主筋20を前記中空杭の杭頭31から強化すべき深さ迄の前記中空空間32内に吊り下げ状態で懸吊して収容し,
前記中空杭30と前記鋼管10内に共に生コンクリート等の硬化剤を充填して硬化させたことを特徴とする(請求項1)。
上記方法において,前記主筋20の下端に前記中空杭30の中空空間32内を上下に分割する底蓋27を設け,前記硬化剤を前記底蓋27上における前記中空杭30及び鋼管10内に充填するように構成しても良い(請求項2)。
また,中空杭30の杭頭部強化に使用する本発明の補強材1は,補強対象とする鋼管製の中空杭30と同径の鋼管10内に,鉄筋を籠状に組んで形成した主筋20の上端側を固着し,前記主筋20の下端側を前記鋼管10の下端12における開口部より前記中空杭30の強化すべき長さに対応した長さで突出させたことを特徴とする(請求項3;図1参照)。
前記構成の補強材1において,前記主筋20の下端に,前記中空杭30の中空空間32内を上下に分割する底蓋27を設けることができる(請求項4;図6参照)。
さらに,前記鋼管10の下端12内壁の複数箇所にそれぞれ舌片13を固着して,前記舌片13を該鋼管10の開口部周縁より下方に向かって突出させた構成としても良い(請求項5;図3,5参照)。
さらに,前記主筋20を,高さ方向を長さ方向とする縦筋23と,前記縦筋23を水平方向に環状に連結する横筋24により形成し,前記主筋20のうち,前記鋼管10内に配置される部分において,前記横筋24に,前記鋼管10の内周面と面接触する外周側側面24aを設けた構成としても良い(請求項6;図4参照)。
なお,前記鋼管10の外周面に,該鋼管10の上端11より突出する接合用鉄筋14を固着することもできる(請求項7;図1〜3,6参照)。
以上説明した本発明の構成より,本発明の中空杭の杭頭部補強方法及び該方法に使用する補強材によれば,以下の顕著な効果を得ることができる。
中空杭30の中空空間32内に挿入される主筋20を,杭頭31より下方に向かって吊り下げるように取り付けたことにより,中空杭30の杭頭31より所定の深さの範囲迄をこの主筋20によって強化することができた。
その結果,主筋20として中空杭30のうちの補強する部分の長さに対応した長さの主筋20を用意すれば良く,中空杭30の全長と等しい長さの主筋20を使用する場合に比較して,主筋の製造,搬送コストを低減させることができた。
特に,前記主筋20の下端に底蓋27を取り付けた構成にあっては,該蓋板27よりも下方に対して生コンクリート等の硬化剤が入り込むことを防止でき,硬化剤の充填範囲についても前記主筋20の挿入範囲と一致させることで,強化が必要な杭頭31から所定の深さの範囲について強化を行うことが可能であると共に,生コンクリート等の硬化剤の使用量を大幅に減少させることができた。
鋼管10の内壁下端より突出する舌片13を設ける場合には,この舌片13を中空杭30の中空空間32内に挿入するように杭頭31上に載置することにより,中空杭30に対する鋼管10の位置合わせを容易に行うことができ,従ってこの鋼管10に取り付けられた主筋20を中空杭30の中空空間32内の適切な位置に配置することができた。
前記主筋20のうち,前記鋼管10内に配置される部分の横筋24に,鋼管10の内周面と面接触する外周側面24aを設けたことにより,主筋20を鋼管10内の所定の位置に位置ずれ等を生じさせることなく取り付けることができた。
前述の鋼管10に,上部構造物の基礎と接合される接合用鉄筋14を固着しておくことにより,主筋20を中空杭30に対して取り付けることにより同時に前記接合用鉄筋14についても杭頭部31に取り付けることができた。
次に,本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
全体構成
本発明の中空杭の杭頭部強化方法は,鋼管10の内周に主筋20の上端側を取り付けて成る補強材1を準備し,強化すべき中空杭30の杭頭31より前記主筋20を成す縦筋23の下端22を挿入して杭頭31上に前記鋼管10を載置することで,中空杭30の中空空間32内に杭頭31より所定の深さ迄,前記主筋20を吊り下げ状態で挿入すると共に,このようにして主筋20が挿入された中空杭30及び鋼管10内に,生コンクリート等の硬化剤を充填すると共に硬化させて強化するものであり,鋼管製の中空杭30を強化対象とする。
補強材
本発明の杭頭強化方法に使用される前述の補強材1は,前述したように鋼管10と,該鋼管10内に上端側が取り付けられた主筋20を備えると共に,必要に応じて前記鋼管10の下端12より突出する舌片13,及び前記鋼管10の外周に取り付けられて該鋼管10の上端11より上方に向かって突出する接合用鉄筋14を備える。
鋼管
前述の鋼管10は,その内部に後述する主筋20の上端側を取り付けると共に,前記主筋20を強化対象とする中空杭30の中空空間32内に挿入した際,杭頭31上に当接,載置されて前記主筋20の挿入深さを規制し,主筋20を中空杭30の中空空間32内の所定の位置に吊り下げ状態に保持することができるように構成されている。
この鋼管10としては,強化対象とする中空杭30と同一径のものを使用し,本実施形態にあっては前述のようにして主筋20を中空杭30の中空空間32内に挿入することにより,この鋼管10を中空杭30の杭頭31上に載置すると共に,鋼管10の下端部12の開口縁と前記中空杭30の杭頭31開口縁間を,好ましくは全周に亘り例えば溶着等することによって固着することで,この鋼管10を中空杭30の杭頭31に一体的に取り付けている。
主筋
図3に示すように,上記鋼管10の内周に主筋20を成す縦筋23の上端21側は固着され,該鋼管10を中空杭30の杭頭31に載置することにより中空杭30の中空空間32内に吊り下げ状態で挿入される。また,主筋20は,前記中空杭30の中空空間32に対する挿入方向を長さ方向とする複数本の縦筋23と,前記縦筋23を円周方向に連結する横筋24により構成され,本実施形態にあっては,図1及び図2に示すように前記鋼管10の内壁に沿って円周方向に等間隔に配置された4本の縦筋23を横筋24により長さ方向に連結し,あるいは,4本の縦筋23の配置間隔で,横筋を分断し,両端面を,前記縦筋23の円状外周面と一致し,これを嵌合可能な半円形の断面形状とし,縦筋23を長さ方向に所定間隔毎に前記複数の横筋24ないし後述架材25によって連結し,円筒籠状に組み立てられている。
この主筋20のうち,前記鋼管10内に配置される部分の前記横筋24には,外周方向に膨出する湾曲した側壁(外周側壁24a)を設け(図4参照),この外周側壁24aの湾曲形状を鋼管10内壁の湾曲形状に対応した形状とすることにより,鋼管10内壁と前記横筋24の外周側壁24aを面接触させることができるように構成している。このように両者の面接触を可能に構成したことによって鋼管10内における主筋の位置ずれが防止されている。
縦筋23を長さ方向に所定間隔毎に前記複数の横筋24ないし後述架材25によって連結する本実施形態にあっては,図4に示すように平面視において弧状を成す4本の架材25によって,円周方向に隣接する前記縦筋23間をそれぞれ連結することにより,平面視における前記4本の架材25の外形を,全体として鋼管10内径と同径の円形に構成している。
なお,主筋20のうち,中空杭30の中空空間32内に配置される部分についても,前記同様の架材25によって横筋24を形成しても良いが,本実施形態にあっては無端環状に接合した異形鉄筋(フープ筋)26の外周に,前記縦筋23を溶着して,中空杭30の中空空間32内に挿入される部分の主筋20を円筒籠状に形成している。
この主筋20の全長は,中空杭30の強化を杭頭31よりどの程度の深さ迄行うかによって決定され,前記鋼管10を介して前記強化範囲に杭頭31より吊り下げられた状態に保持される。
前記主筋20の全長と,中空杭30の中空空間32内に対する生コンクリート等の硬化剤の充填範囲は,これを必ずしも一致させる必要はなく,硬化剤の充填を前記中空杭30の中空空間32全体に充填しつつ,主筋20の挿入範囲を杭頭31から所定の深さの範囲に止めても良い。
一方,前記主筋20の挿入範囲と,前記生コンクリート等の充填範囲を一致させる場合には,図6に示すように,主筋20を構成する前記縦筋23の下端に,中空杭30の中空空間32を上下に仕切る底蓋27を溶着やボルト止め,その他の方法により固着し,これにより中空空間32内に充填された硬化剤が,この底蓋27よりも下方の空間内に入り込むことを防止して,主筋20の挿入範囲と硬化剤の充填範囲を一致させることができるように構成しても良い。
このように,主筋20の下端に底蓋27を設けることで,この底蓋27よりも下方の中空空間32内に生コンクリート等の硬化剤が充填されることを防止でき,これにより硬化剤の使用量を減少して施工コストを低減することができる。
なお,この主筋20を構成する縦筋23の上端を,図1に示すように前述の鋼管10の上端11側における開口部より上方に向かって所定長さ突出し,杭頭31上に形成される上部構造物の基礎に対する接合用にこの突出部分の縦筋23を使用するものとしても良い。
接合用鉄筋
必要に応じて鋼管10の外周に上方に突出するように取り付けられる前述の接合用鉄筋14は,杭頭31上に形成される上部構造物の基礎内に埋設される等して,基礎杭と上部構造物間を連結するために使用されるもので,前述の主筋20として用いたと同様の異形鉄筋等を使用することができる。
この接合用鉄筋14は,本実施形態にあっては,図1及び図2に示すように,接合用鉄筋14と,鋼管10内に配置される縦筋23の円周方向における配置間隔とを略同間隔に配置し,縦筋23間に等間隔に接合用鉄筋14が配置されるように構成した。
縦筋23と接合用鉄筋14とをそれぞれ4本ずつ設けた図示の実施形態にあっては,縦筋23及び接合用鉄筋14をそれぞれ円周方向に90°の等間隔で設け,主筋20と接合用鉄筋14の配置を45°ずらした配置とすることで,45°毎の等間隔で,縦筋23と接合用鉄筋14とが交互に配置されるように配置した。
なお,図1に示すように,主筋20を構成する縦筋23の上端を鋼管10の上端11より突出させた本実施形態の構成にあっては,この縦筋23の上端部分が上部構造物の基礎部分に挿入されて接合用鉄筋としても機能することから,例えばこの主筋20の縦筋23によって十分な接合力等が確保される場合には,接合用鉄筋14は必ずしも設ける必要はない。
舌片
前述の鋼管10には,さらにその内壁に,内壁と同形状に湾曲された舌片13が鋼管10の下端開口縁より下方に向かって突出するように固着されており(図3及び図5参照),好ましくはこのような舌片13を鋼管10の内周に複数箇所,より好ましくは3箇所以上設け,中空杭30の杭頭31上に前記鋼管10を載置したとき,この舌片13によって鋼管10の載置位置が規制されるように構成しても良い。
すなわち,前述のように鋼管10の内壁に固着され,下端開口縁より突出した舌片13の全てが,中空杭30の杭頭31における中空空間32内に挿入されるように鋼管10を中空杭30上に載置することで,中空杭30の杭頭31に載置される鋼管の位置決めが行われる。
補強材の取付及び硬化剤の充填等
以上のように構成された補強材1は,鋼管10側を上端として,主筋20の下端22側から杭頭31より中空杭30の中空空間32内に挿入され,中空杭30の杭頭31における開口縁上に,前記鋼管10の下端開口縁が載置される迄挿入する。
鋼管10の下端開口縁からは,前述した舌片13が下方に向かって突出されており,この舌片13の全てを杭頭31における前記中空杭30の中空空間32内に挿入することにより,中空杭30上に,該中空杭30を延長するように前述の鋼管10を載置することができる。
以上のようにして,鋼管10を中空杭30上の所定の位置に載置し,中空杭30の杭頭31と,鋼管10の下端12部との接合部分を,外周から,好ましくは全周に亘って溶着し,鋼管10を中空杭30に一体的に取り付けて中空杭30と共に基礎杭の一部と成す。
このようにして中空杭30の杭頭31に対して鋼管10が取り付けられると,この鋼管10の内周には,前述した主筋が固着されていることから,この主筋20が中空杭30の中空空間32内に吊り下げ状態で収容されると共に,中空空間32内における配置位置が決定される。
その結果,主筋20の全長が中空杭30に対して短い場合であっても,この主筋20が中空杭30の中空空間32の底部迄入り込むことがなく,杭頭31から所定の深さ迄を補強することができる。
また,鋼管10の外周には,前述したように接合用鉄筋14が固着されていることから,中空杭30の杭頭31には,前記鋼管10を介して杭頭上に形成される構造物の基礎などとの連結が行われる接合用鉄筋14が設けられる。
以上のようにして,杭頭31に鋼管10が取り付けられた中空杭30の中空空間32内には,生コンクリート等の硬化剤が充填され,中空杭30内に吊り下げ状態で配置されている主筋20と中空杭30とがこの硬化剤により一体的に固められ,杭頭31からは所定の深さ迄の中空杭30の強化が行われる。
図6に示すように主筋20(縦筋23)の下端に底蓋27を設けた場合には,この底蓋27上にのみ生コンクリート等の硬化材を充填することができ,中空杭30の中空空間32内全体に生コンクリート等の硬化剤を充填する場合に比較して,硬化剤の使用量を大幅に減少することができると共に,強化が必要な杭頭31から所定の深さの範囲,すなわち主筋20が挿入されている範囲内には生コンクリート等の硬化剤を充填することができ,必要な強度の向上が得られるものとなっている。
このようにして完成した補強材1の挿入と,硬化剤の充填によって強化された基礎杭は,その後,上部構造物の基礎部分に縦筋23の上端部分,及び接合用鉄筋14を埋設する等して,上部構造物との接合が行われる。
中空杭に対する補強材の取り付け状態を示した斜視図。 補強材の平面図。 図2のIII−III線方向の断面斜視図。 横筋(架材)の取付状態を示す斜視図。 舌片の取付状態を示す斜視図。 底蓋を備えた補強材の斜視図。
符号の説明
1 補強材
10 鋼管
11 上端(鋼管10の)
12 下端(鋼管10の)
13 舌片
14 接合用鉄筋
20 主筋
21 上端(主筋20の)
22 下端(主筋20の)
23 縦筋
24 横筋
24a 外周側壁(横筋24の)
25 架材
26 フープ筋
27 底蓋
30 中空杭
31 杭頭
32 中空空間

Claims (7)

  1. 補強対象とする鋼管製の中空杭と同径の鋼管内に,鉄筋を籠状に組んで形成した主筋の上端側を固着し,前記主筋の下端側を前記鋼管の下端開口部より突出させた補強材を準備し,
    掘削孔内に建て込んだ中空杭の中空空間内に前記補強材の前記主筋をその下端側より挿入すると共に,前記鋼管を前記中空杭の杭頭上に載置して,前記主筋を前記中空杭の杭頭から強化すべき深さ迄の前記中空空間内に懸吊し,
    前記中空杭と前記鋼管内に共に硬化剤を充填して硬化させたことを特徴とする中空杭の杭頭部強化方法。
  2. 前記主筋の下端に,前記中空杭の中空空間内を上下に分割する底蓋を設け,前記硬化剤を前記底蓋上における前記中空杭及び鋼管内に充填したことを特徴とする請求項1記載の杭頭部強化方法。
  3. 補強対象とする鋼管製の中空杭と同径の鋼管内に,鉄筋を籠状に組んで形成した主筋の上端側を固着し,前記主筋の下端側を前記鋼管の下端開口部より前記中空杭の強化すべき長さに対応した長さで突出させたことを特徴とする中空杭の杭頭部強化用補強材。
  4. 前記主筋の下端に,前記中空杭の中空空間内を上下に分割する底蓋を設けたことを特徴とする請求項3記載の中空杭の杭頭部強化用補強材。
  5. 前記鋼管の下端内壁の複数箇所にそれぞれ舌片を固着して,前記舌片を該鋼管の開口部周縁より下方に向かって突出させたことを特徴とする請求項3又は4記載の中空杭の杭頭部強化用補強材。
  6. 前記主筋を,高さ方向を長さ方向とする縦筋と,前記縦筋を水平方向に環状に連結する横筋により形成し,
    前記主筋のうち,前記鋼管内に配置される部分において,前記横筋に,前記鋼管の内周面と面接触する外周側側面を設けたことを特徴とする請求項3〜5いずれか1項記載の中空杭の杭頭部強化用補強材。
  7. 前記鋼管の外周面に,該鋼管の上端より突出する接合用鉄筋を固着したことを特徴とする請求項3〜6いずれか1項記載の中空杭の杭頭部強化用補強材。
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